【Redis】SDS结构

1、背景

redis作为高性能的内存数据库，对字符串操作（如键、值的存储）有极高的要求。c语言原生字符串（以\0结尾的字符串数据）有一些缺点：长度计算需要遍历（O(n)时间复杂度）、频繁内存重分配、二进制不安全、无缓冲区管理。为了解决这些问题，redis使用了SDS(Simple Dynamic String)，在兼容c字符串的同时，提供了更高效、更安全的能力。

2、SDS底层实现

SDS底层结构体如下：

//redis 5+已弃用
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */char buf[];
};//存储长度范围：0~255（2的8次方减1）
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {uint8_t len; /* used */uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};//存储长度范围：256~65535（2的16次方减1）
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {uint16_t len; /* used */uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};//存储长度范围：656536~（2^32-1）
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {uint32_t len; /* used */uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};//存储长度范围：大于等于2^32字节
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {uint64_t len; /* used */uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};

根据存储字符串的大小使用不同的sdshdr结构，其字段含义为：

字段名	含义
len	字符串实际长度（已用字节数）
alloc	分配的总容量（不包括头部和结尾的\0）
flags	SDS类型
buf[]	存储实际数据

flags代表的宏定义如下：

#define SDS_TYPE_5  0
#define SDS_TYPE_8  1
#define SDS_TYPE_16 2
#define SDS_TYPE_32 3
#define SDS_TYPE_64 4

SDS的特性如下：

特性	实现原理
O(1)长度获取	直接读取len字段，无需遍历
二进制安全	通过len记录字节数（而非依赖\0），可存储任意二进制数据
内容预分配	扩容时按规则分配额外空间，减少重分配次数
惰性释放	缩容时不立即释放内存，通过alloc字段记录剩余空间，供后续操作复用
兼容c字符串	在buf末尾自动追加\0，可直接传递buf给c函数